一种稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法技术

本发明专利技术涉及一种稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法，本发明专利技术将闪烁晶体废料在熔融后浸出，浸出液可直接作为固相法或者湿法制备稀土硅酸盐闪烁晶体的生产原料。本发明专利技术通过这一简单流程能够实现稀土元素在闪烁晶体生产过程中的循环利用，避免了传统回收流程中得到稀土富集液后再进行稀土分离的复杂流程和物耗能耗。本发明专利技术使用固体碱熔融处理硅酸盐闪烁晶体，稀土元素浸出率高，浸出液中元素比例和生产原料相同。本发明专利技术通过选用合适的浸出用酸和条件，减少了过程中杂质的引入；并通过对沉淀过程沉淀剂与沉淀条件的优化对浸出液进一步纯化，最终所得混合稀土氧化物产品纯度高，符合闪烁晶体生产需求。

A method of recycling rare earth silicate scintillating crystals

The invention relates to a recycling method for rare earth silicate scintillating crystals. The scrap of scintillating crystals is leached after melting, and the leaching solution can be directly used as raw material for the production of rare earth silicate scintillating crystals by solid or wet methods. Through this simple process, the recycling of rare earth elements in the production process of scintillating crystal can be realized, and the complex process of rare earth separation and material consumption can be avoided after the rare earth enrichment liquid is obtained in the traditional recovery process. The invention uses solid alkali melting to treat silicate scintillating crystals, and the leaching rate of rare earth elements is high, and the proportion of elements in leaching solution is the same as that of raw materials. The method reduces the introduction of impurities in the process by choosing suitable acid and conditions for leaching, and further purifies the leaching solution by optimizing the precipitating agent and conditions in the precipitation process, resulting in high purity of the mixed rare earth oxide product, which meets the production requirements of scintillation crystals.

【技术实现步骤摘要】
一种稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法
本专利技术涉及稀土硅酸盐闪烁晶体的处理及制备
，具体涉及一种稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法。
技术介绍
稀土硅酸盐(RE2SiO5:Ce(RE＝Y,Gd,Lu))闪烁晶体能够将高能射线/粒子转换为紫外或可见荧光脉冲，具有高密度、高光输出和衰减时间短等优异性能，广泛应用于高能物理、核物理、核医学和安全检测等领域。尤其是掺铈硅酸钇镥闪烁晶体(Lu2SiO5:Ce)已成为正电子发射断层成像(PET-CT)不可或缺的关键部件。在闪烁晶体制备过程中，原材料氧化镥(Lu2O3)由于矿物中含量低，难分离，产量少，价格昂贵，构成了闪烁晶体生产成本的主要部分。在闪烁晶体生产过程中，有约50％以上的镥(Lu)因为切割、晶体缺陷等等原因成为废弃物，使得晶体生产成本进一步增加，制约了其应用发展。若能对这部分废弃的镥进行回收再利用则能大大降低闪烁晶体的制备成本，推广应用，同时减少固废堆放对环境造成的影响。目前在稀土闪烁晶体回收领域中主要使用的技术有：公开号为CN103436719A的中国专利公开了一种从掺铈铝酸镥闪烁晶体废料中回收的氧化镥及回收方法，采用了如下工艺：S1、向闪烁晶体废料中加入氢氧化钠和/或氢氧化钾，焙烧，得到焙烧物；S2、将焙烧物进行水浸，过滤，并向得到的滤渣中加入硝酸和氧化剂，搅拌，得到混合液；S3、将混合液加入到有机萃取剂中，萃取，得到含铈的萃取物和含镥的萃余液；以及S4、向含镥的萃余液中加入草酸，搅拌，过滤，将得到的沉淀物灼烧，得到氧化镥，回收掺铈铝酸镥。公开号为CN106636685A的中国专利公开了一种从掺铈的硅酸钇镥晶体中提取稀土元素的方法，采用了如下工艺：步骤S1：将掺铈的硅酸钇镥晶体破碎过筛得到粉体；步骤S2：将上述粉体加入碱溶液中，再进行焙烧得到焙烧产物；步骤S3：对上述焙烧产物进行水洗并过滤，得到第一滤液和第一沉淀；步骤S4：将第一滤液加酸调节pH沉淀出硅酸，将硅酸灼烧得到氧化硅；步骤S5：将第一沉淀进行加酸、溶解、氧化，调节pH沉淀或萃取分离四价铈离子，剩余为余液；步骤S6：将余液进行分离钇、镥的操作，回收硅酸钇镥。公开号为CN106191478A的中国专利公开了一种镥元素的回收方法，采用了“将含镥废料与硫酸和/或硝酸混合均匀并加热；再将所得的产物浸出，得到含镥元素溶液”的办法来回收含镥闪烁晶体。目前的回收办法对闪烁晶体废料多先用酸碱溶出，然后再通过液液萃取等方法分离浸出液得到纯的镥、铈、钇等单一稀土产品。这类回收流程长而且复杂，所得稀土氧化物若再次用于晶体制造还需要重新混合。若能将回收产品和闪烁晶体生产原料结合起来，则可以避免这一问题。稀土硅酸盐闪烁晶体制备的主要方法是提拉法，该法利用稀土硅酸盐多晶粉体生长单晶材料。多晶粉体可由高温固相法合成，或者用液相的方法，如均相共沉淀方法合成。闪烁晶体废料中稀土配分与生产原料相同，有希望通过优化回收流程，按原比例从闪烁晶体废料中回收浸出液或者混合稀土氧化物用于稀土硅酸盐多晶粉体的制备。这样便可无需再经过元素分离，实现稀土在整个稀土硅酸盐闪烁晶体的生产、废弃、回收这一生命周期中的循环利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法。本专利技术为实现稀土元素从废料到原材料的转换过程，针对稀土硅酸盐闪烁晶体难以直接溶于酸的特点，本专利技术采用碱法焙烧后酸浸的技术处理稀土硅酸盐闪烁晶体。所得稀土浸出液可经沉淀灼烧得到混合稀土氧化物，再用高温固相法制备稀土硅酸盐多晶粉体，或者用于湿法制备稀土硅酸盐多晶粉体。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案具体如下：一种稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法，包括以下步骤：步骤1、将稀土硅酸盐闪烁晶体碎块用球磨机粉碎至80-300目的粉末；步骤2、将固态的碱与步骤1得到的稀土硅酸盐闪烁晶体粉末按质量比1:4-4:1均匀混合后置于石墨坩埚中用马弗炉高温焙烧，焙烧完取出后坩埚内物质为固态；步骤3、将步骤2中焙烧完后的固体粉碎后与浓度为0.1-5mol/L的无机矿物酸按固液比为1:10-1:30反应；步骤4、于10-90℃下反应30分钟--5小时后，将所得溶液过滤得到稀土富集料液，回收率在60-98％；此料液中稀土元素质量分数在95％以上；步骤5、以步骤4所得稀土富集料液为原料，采用固相法或者湿法制备稀土硅酸盐闪烁晶体。在上述技术方案中，所述稀土硅酸盐闪烁晶体碎块为LYSO:Ce、YSO:Ce或LSO:Ce。在上述技术方案中，所述固态的碱为NaOH、Na2O、CaO或KOH。在上述技术方案中，所述无机矿物酸为盐酸、硝酸或硫酸。在上述技术方案中，步骤2中高温煅烧的温度为400-900℃，时间为2-5小时。在上述技术方案中，步骤5采用固相法制备稀土硅酸盐闪烁晶体的具体步骤如下：将步骤4中所得稀土富集料液调节酸度范围为0.001-1mol/L，用草酸或其盐、碳酸盐或碱胺阴离子与按稀土离子摩尔比为1:1-4:1的比例沉淀，将所得沉淀于马弗炉中用800-1100℃的温度灼烧得到混合稀土氧化物产品；将上述所得混合稀土氧化物产品与SiO2按质量比为13:1-3:1于研钵中混合均匀，然后将混合固体于管式炉内在氮气与氢气混合气氛下于1200-2000℃煅烧1-7小时得到稀土硅酸盐闪烁晶体。在上述技术方案中，所述草酸盐为草酸钾或草酸钠。步骤5采用湿法制备稀土硅酸盐闪烁晶体的具体步骤可参见公开号为CN107880884A公开的一种铈掺杂稀土硅酸盐多晶粉体的制备方法进行制备。本专利技术的有益效果是：稀土硅酸盐闪烁晶体废料中的稀土配分和生产闪烁晶体所用稀土氧化物的配分比例相同，针对这一特点，本专利技术将闪烁晶体废料在熔融后浸出，浸出液可直接作为固相法或者湿法制备稀土硅酸盐闪烁晶体的生产原料。以固相法为例，可将浸出液中稀土沉淀得混合稀土氧化物产品然后用于制造闪烁晶体。通过这一简单流程能够实现稀土元素在闪烁晶体生产过程中的循环利用，避免了传统回收流程中得到稀土富集液后再进行稀土分离的复杂流程和物耗能耗。本专利技术使用固体碱熔融处理硅酸盐闪烁晶体，稀土元素浸出率高，浸出液中元素比例和生产原料相同。本专利技术通过选用合适的浸出用酸和条件，减少了过程中杂质的引入；并通过对沉淀过程沉淀剂与沉淀条件的优化对浸出液进一步纯化，最终所得混合稀土氧化物产品纯度高，符合闪烁晶体生产需求。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为稀土硅酸盐多晶粉体的XRD图谱；其中a为实施例6制备的样品；b为实施例7制备的样品。图2为实施例7制备的稀土硅酸盐多晶粉体的激发和发射图谱。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做以详细说明。本专利技术提供一种稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法，包括以下步骤：步骤1、将稀土硅酸盐闪烁晶体碎块用球磨机粉碎至80-300目的粉末；步骤2、将固态的碱与步骤1得到的稀土硅酸盐闪烁晶体粉末按质量比1:4-4:1均匀混合后置于石墨坩埚中用马弗炉高温焙烧，温度为400-900℃，时间为2-5小时，焙烧完取出后坩埚内物质为固态；步骤3、将步骤2中焙烧完后的固体粉碎后与浓度为0.1-5mol/L的无机矿物酸按固液比为1:10-1:30反应；步骤4、于10-90℃下反应30分钟--5小时后，将所得溶液过滤得到稀土本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将稀土硅酸盐闪烁晶体碎块用球磨机粉碎至80‑300目的粉末；步骤2、将固态的碱与步骤1得到的稀土硅酸盐闪烁晶体粉末按质量比1:4‑4:1均匀混合后置于石墨坩埚中用马弗炉高温焙烧，焙烧完取出后坩埚内物质为固态；步骤3、将步骤2中焙烧完后的固体粉碎后与浓度为0.1‑5mol/L的无机矿物酸按固液比为1:10‑1:30反应；步骤4、于10‑90℃下反应30分钟‑5小时后，将所得溶液过滤得到稀土富集料液，回收率在60‑98％；此料液中稀土元素质量分数在95％以上；步骤5、以步骤4所得稀土富集料液为原料，采用固相法或者湿法制备稀土硅酸盐闪烁晶体。

【技术特征摘要】
1.一种稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将稀土硅酸盐闪烁晶体碎块用球磨机粉碎至80-300目的粉末；步骤2、将固态的碱与步骤1得到的稀土硅酸盐闪烁晶体粉末按质量比1:4-4:1均匀混合后置于石墨坩埚中用马弗炉高温焙烧，焙烧完取出后坩埚内物质为固态；步骤3、将步骤2中焙烧完后的固体粉碎后与浓度为0.1-5mol/L的无机矿物酸按固液比为1:10-1:30反应；步骤4、于10-90℃下反应30分钟-5小时后，将所得溶液过滤得到稀土富集料液，回收率在60-98％；此料液中稀土元素质量分数在95％以上；步骤5、以步骤4所得稀土富集料液为原料，采用固相法或者湿法制备稀土硅酸盐闪烁晶体。2.根据权利要求1所述的稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法，其特征在于，所述稀土硅酸盐闪烁晶体碎块为LYSO:Ce、YSO:Ce或LSO:Ce。3.根据权利要求1所述的稀土硅酸盐闪烁晶体的循环利用方法，其特征在于，所述固态的碱为NaOH、Na2O、CaO或KO...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈继，刘川楹，邓岳锋，邹丹，常永青，李凯，李德谦，郑睿，谢庆国，李福建，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，湖北锐赛特科技有限公司，赣州稀土龙南有色金属有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22